干貨 | 金屬粉末的制備工藝大盤(pán)點(diǎn)

根據(jù)中國(guó)機(jī)協(xié)粉末冶金分會(huì)統(tǒng)計(jì)，2016年粉末冶金零件出貨量48萬(wàn)噸，銷(xiāo)售額達(dá)64億元，其中汽車(chē)行業(yè)銷(xiāo)售額40億元，占銷(xiāo)售總額62%。2017年，粉末冶金市場(chǎng)規(guī)模預(yù)計(jì)達(dá)69億，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定增長(zhǎng)。

2016中國(guó)粉末冶金零件銷(xiāo)售情況

來(lái)源：中國(guó)機(jī)協(xié)粉末冶金分會(huì)

汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)與變速箱是粉末冶金零部件應(yīng)用最為廣泛和市場(chǎng)空間最大的兩個(gè)領(lǐng)域。國(guó)內(nèi)汽車(chē)粉末冶金市場(chǎng)空間高達(dá)200億元。再加之2018年為金屬3D打印粉末爆發(fā)的元年，金屬粉末的市場(chǎng)有望進(jìn)一步擴(kuò)展。

金屬粉末的制備
市場(chǎng)的巨大潛力也在推動(dòng)著技術(shù)的進(jìn)步。隨著粉末冶金產(chǎn)品的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，對(duì)金屬粉末顆粒的尺寸形狀和性能要求越來(lái)越高，而金屬粉末的性能和尺寸形狀在很大程度上取決于粉末的生產(chǎn)方法及其制取工藝，因此粉末的制備技術(shù)也在不斷地發(fā)展和創(chuàng)新。

不同方法生產(chǎn)的金屬粉末形狀

目前，金屬粉末的制備已發(fā)展了很多方法，根據(jù)生產(chǎn)原理主要分為物理化學(xué)法和機(jī)械法。在機(jī)械法中最主要的是霧化法和機(jī)械粉碎法。物理化學(xué)法中最主要的是還原法、電解法和羥基法。

金屬粉末制取方法的特點(diǎn)和適用范圍

1機(jī)械法
機(jī)械法是借助于機(jī)械外力將金屬破碎成所需粒徑粉末的一種加工方法，該方法制備過(guò)程中材料的化學(xué)成分基本不變。目前普遍使用的方法是霧化法和機(jī)械粉碎法。其優(yōu)點(diǎn)是工藝簡(jiǎn)單、產(chǎn)量大，可以制備一些常規(guī)方法難以得到的高熔點(diǎn)金屬和合金的超細(xì)粉末。

機(jī)械粉碎法
機(jī)械粉碎法既是一種獨(dú)立的制粉方法，也常作為其他制粉方法必不可少的補(bǔ)充工序。主要通過(guò)壓碎、擊碎和磨削等作用將固態(tài)金屬碎化成粉末。粉碎設(shè)備分兩類：

主要起壓碎作用的粗碎設(shè)備：碾碎機(jī)、輥軋機(jī)、顎式破碎機(jī)等粗碎設(shè)備；
主要起擊碎和磨削作用的細(xì)碎設(shè)備：錘碎機(jī)、棒磨機(jī)、球磨機(jī)、振動(dòng)球磨機(jī)、攪動(dòng)球磨機(jī)等。

高能球磨法制備金屬粉末

機(jī)械粉碎法主要適用于粉碎脆性的和易加工硬化的金屬和合金，如錫、錳、鉻、高碳鐵、鐵合金等。該法效率低，能耗大，多作為其他制粉法的補(bǔ)充手段，或用于混合不同性質(zhì)的粉末。

霧化法
直接擊碎液體金屬或合金而制得粉末的方法稱之為霧化法，是生產(chǎn)規(guī)模僅次于還原法的、應(yīng)用較廣泛的金屬粉末制取法。霧化粉末具有球形度高、粉末粒度可控、氧含量低、生產(chǎn)成本低以及適應(yīng)多種金屬粉末的生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)，已成為高性能及特種合金粉末制備技術(shù)的主要發(fā)展方向，但生產(chǎn)效率低，超細(xì)粉末的收得率不高，能耗相對(duì)較大等缺陷限制了霧化法的應(yīng)用。

霧化法制備金屬粉末

2物理化學(xué)法
物理-化學(xué)法是指在粉末制備過(guò)程中，通過(guò)改變?cè)�料的化學(xué)成分或集聚狀態(tài)而獲得超細(xì)粉末的生產(chǎn)方法。按照化學(xué)原理的不同可將其分為還原法、電解法、羰基法和化學(xué)置換法。

還原法
還原金屬氧化物及金屬鹽類以生產(chǎn)金屬粉末是一種應(yīng)用最廣泛的制粉方法。特別是直接使用礦石以及冶金工業(yè)廢料如軋鋼鐵鱗作原料時(shí)，還原法最為經(jīng)濟(jì)。還原法的優(yōu)點(diǎn)是操作簡(jiǎn)單，工藝參數(shù)易于控制，生產(chǎn)效率高，成本較低，適合工業(yè)化生產(chǎn)。缺點(diǎn)是只適用于易與氫氣反應(yīng)、吸氫后變脆易破碎的金屬材料。

電解法
電解法是通過(guò)電解熔鹽或鹽的水溶液使得金屬粉末在陰極沉積析出的方法。它在粉末生產(chǎn)中占有重要的地位，其生產(chǎn)規(guī)模在物理化學(xué)法中僅次于還原法，并且可控制制粉粒度，制取的粉末純度高，單質(zhì)粉可達(dá)99.7%以上。不過(guò)電解法耗電較多，成本比還原粉和霧化粉高。因此，在粉末總產(chǎn)量中，電解粉所占比重比較小。

超聲波電解制備鐵粉

羰基法
由于羰基金屬在低溫下容易分解為金屬及CO氣體，因此可以利用合成羰基金屬的逆反應(yīng)來(lái)制取羰基金屬粉末。使用羰基法不但可以制取微米級(jí)粉末，還可以制取納米級(jí)粉末；不但可以制取單一純金屬及合金粉末，還可以制取包覆粉末。羰基粉末本身所具有的高發(fā)達(dá)表面是其他方法所制取的粉末無(wú)法相比的，是化學(xué)電源極板及催化劑的最好材料。

化學(xué)置換法
根據(jù)金屬的活潑性強(qiáng)弱，用活潑性強(qiáng)的金屬將活性較小的金屬?gòu)慕饘冫}溶液中將其置換出來(lái)，將置換所得到的金屬（金屬粉粒）用其他方法進(jìn)一步處理細(xì)化成金屬粉末的方法稱為化學(xué)置換法。該法主要應(yīng)用于Cu、Ag、Au等不活潑金屬粉末的制備。

總結(jié)
隨著技術(shù)的進(jìn)步，金屬粉末在冶金、化工、電子、磁性材料、精細(xì)陶瓷、傳感器等方面顯示了良好的應(yīng)用前景。但由于傳統(tǒng)制備技術(shù)的局限性，制約了金屬粉末的應(yīng)用。盡管許多新型的生產(chǎn)工藝和方法已經(jīng)得到應(yīng)用,但規(guī)模較小和成本較高的問(wèn)題仍不能很好的解決。為了促進(jìn)金屬粉末材料的發(fā)展，必須加大創(chuàng)新力度、取長(zhǎng)補(bǔ)短，開(kāi)發(fā)出產(chǎn)量更大、成本更低的生產(chǎn)工藝。

來(lái)源：粉體網(wǎng)